四足机器人CPG步态规划与坡面运动控制研究

针对四足机器人进行坡面运动时,机体重心不稳定、足端易打滑等问题进行研究。本文提出了一种适用于全肘式四足机器人坡面运动的前庭反射数学模型。首先,在Simulink中以Hopf振荡器搭建了中枢模式发生器(CPG)控制网络,并将四足机器人模型导入Simulink中,通过调整CPG网络相位关系生成了trot步态,并以该步态进行上坡仿真实验。为实现坡面运动自适应性、稳定性,将前庭生物反射数学模型引入控制网络,使机器人在坡面运动时,根据坡度信息,能够调整机体姿态,使重心保持稳定。仿真结果显示,坡面运动时前庭反射有效地减少了机器人躯体的震动与打滑程度,最终证明了将前庭生物反射数学模型与CPG进行有机融合能有效地提高四足机器人坡面运动时的稳定性。     

一种四足机器人对角步态仿真分析

仿生四足机器人因具有控制简单、多种路况适应性强、环境适应性强等优点而成为仿生学研究的焦点。文中针对四足机器人模型复杂性、对角步态难以控制等问题,搭建了四足机器人仿真平台。从SolidWorks中建立四足机器人模型,并获得其运动学方程。采用ADAMS和Simulink联合仿真的方法,实现了该机器人的对角行走。通过仿真可知机器人在7 s内前进距离约0.65 m,质心在垂直方向波动量较小,证明机器人能实现稳定运行,为机器人动力学和轨迹规划奠定了基础。     

一种新型竞赛四足仿生机器人的研发设计

针对全国大学生机器人大赛Robtac机器人对抗赛的比赛规则,设计研发了一种四足船足棘铲仿生机器人系统。该系统包括机械机构和控制系统两大部分,采用三维建模软件Solidworks设计了一种新颖的电机可控升抬棘铲机构作为攻击机构,该机构还可作为机器人登上高台时的前支点,并设计了一种新颖的船足电机控制驱动式四足双向行走机构,采用STM32单片机对所设计的机器人车辆进行加速向左转和减速向左转、加速向右转和减速向右转、加速直行和减速直行、加速后退和减速后退等运动控制,采用软件对所设计的船足机器人进行直线往返模拟测试、左转右转模拟测试。模拟测试结果表明:直线前进后退运动灵活,步行速度快,可达到为50ｃｍ/ ｓ,比履带式及轮胎式机器人运行速度快,地形适应性强、转弯速 度可达到45ｃｍ/ｓ,在2019年全国大学生机器人比赛中获得二等奖的好成绩。     

可轮式运动的小型双足机器人控制系统设计

设计了一种可轮式运动的小型双足机器人控制系统。以单片机为核心控制器,采用舵机驱动关节完成足式运动,采用直流电机驱动车轮完成轮式运动。HMR3000作为传感器进行姿态角检测,辅助机器人完成各种运动。分析了其足式运动、轮式运动和轮足互换的过程并进行了实验验证。结果表明,控制系统为机器人提供了很好的运动控制平台,满足机器人的控制要求。     

基于虚拟仿真技术的足式机器人创新实验平台开发

为满足足式机器人教学实验需要及提高实验平台可靠性,研制了一种基于虚拟仿真技术的足式机器人创新实验平台。该实验平台基于PyBullet虚拟物理引擎搭建,通过设计步态规划、步行控制等功能模块,能够完成足式机器人步态规划、步行控制等算法的仿真验证等任务。同时,依托该平台展示涉及机械设计、软件开发等专业方向的教学内容,有利于智能机器人课程实践教学的开展。基于该创新实验平台,设计了一个拥有13个自由度的足式机器人,能够完成自主步行、上楼梯等功能。实践表明,该创新实验平台具有实验成本低、高度可定制化的优点,非常适合科学研究和实验教学中需要个性化定制机器人的应用场景。     

ESP32的四足机器人步态规划与运动学分析

文章在ESP32的四足机器人运动学分析与步态规划建模中,完成运动学推导工作,结合二次多项式完成四足机器人足端轨迹,分析四足机器人的步态规划。利用三维设计软件完成ESP32的四足机器人整体结构分析,以ESP32芯片为主控制器,计算四足机器人驱动函数,掌握四足机器人步态控制方法特征,结合第一预设转动角度,获得转动角度转置矩阵。结合根关节、髋关节和膝关节,得到步态规划后腿部各个关节的转角角度,完成运动学设计分析。设计结果达到预期目标,为ESP32的四足机器人样机制作提供数据支持。     

一种四足机器人直线步态规划方法及仿真研究

针对多足机器人研究中存在前进方向不稳定的问题,以减少机器人运动过程中除直线运动方向以外的其他所有方向上的附运动为目的,推导出一种适应于四腿十二自由度的机器人直线步态规划方法。基于所推导的运动学方程和步态规划方法,通过多组数据进行计算机仿真分析,给出了机器人行走过程中机身高度偏差曲线和侧偏量偏差曲线,结果显示电机精度对步态的误差影响较大,而信号采样率的影响不明显。结合机器人步态实验,验证了该四足机器人步态规划方法的合理性和有效性。     

一种基于树莓派4B的四足机器人设计与实现

本文分析了犬类生物的身体结构特点,从机械结构设计、控制系统、运动规划、智能化四个方面出发研究并设计了一台基于树莓派4B的四足机器人。本文分析并完成了四足机器人的机械结构设计,设计并实现了机器人的硬件及软件控制系统,分析了该机器人姿态解算与连续步态规划方法,并利用多传感器的融合提高了机器人的环境感知能力与智能性。     

BigDog四足机器人关键技术研究

为了保证四足机器人的合理使用,提高人们的生产工作效率,文章根据以往工作经验以及公开的技术资料,对BigDog整体情况以及核心技术进行有效分析。据相关研究表明,在很多复杂的地形环境中,BigDog运动控制首先来自于对地形的检测和感知,从而实现BigDog机器人的纵向运动。另外,文章根据集中经典的运动状态分析,对BigDog过程进行诠释。     

四足机器人中各关节的控制

为了实现对机器人的控制。文中阐述了四足机器人中所使用的舵机执行机构的工作模型,给出了用89C51单片机作为控制芯片来完成其协调工作,从而使四足机器人各个关节按照一定的规律运动。并使机器人能够按照给定的步态平稳行走的系统设计方法。     

轮腿式六足智能消防机器人设计研究

火灾发生后室内外环境变化迅速,消除人员有时很难深入现场进行抢险救援,足式机器人的地形适应能力较强,为此,文章研究轮腿式六足智能消防机器人设计方法,设置轮腿式六足机器人各腿的受力参数,根据正向运动学原理定义消防机器人的摆腿范围,完成轮腿式六足智能消防机器人的设计。以楼梯爬坡为测试条件进行对照测试,测试结果表明,该文设计的轮腿式六足机器人,整个路段的重心轨迹与楼梯轮廓一致,具有较好的稳定性。在模拟火灾环境时,对障碍路段的轨迹重建时间平均为0.04 s,符合救援应用要求。     

立式金属罐足式爬壁机器人的设计

为了提高储油罐壁检测作业的机器人负重能力,设计了一种变磁力吸附多足爬壁机器人.该爬壁机器人由运载平台、控制系统和摄像模块组成.运载平台采用变磁力吸附方式的四足结构;控制系统对爬壁机器人的各分系统进行协调和控制,同时完成各系统状态监视和显示;摄像模块主要采集油罐壁面图像.应用表明多足爬壁机器人满足负重作业、吸附可靠的要求.     

基于MATLAB Robotics Toolbox的四足机器人轨迹仿真与优化

仿生四足机器人的足端轨迹对其运动状况具有重要作用。MATLAB Robotics Toolbox可用于机器人的建模、求正反解、末端轨迹规划等仿真与分析工作。四足机器人末端只有3个自由度的结构,通过MATLAB Robotics Toolbox来求解与仿真存在一定的缺陷。文中通过研究该工具箱的底层函数,发现出问题的原因是其中的“ikine”函数不适用。文中通过改用反解公式来代替"ikine"函数,对该工具箱进行有针对性的二次开发。同时,增加优化算法对逆向运动学的多解问题按照角度变化最小原则进行优选。对设定轨迹的实时动态仿真结果显示其行走的过程自然平缓,关节转动特性曲线在合理范围内,证明了该优化算法的有效性与合理性。     

基于倾角传感器技术的全地形水平运载系统

针对在崎岖地形下的运载困难以及稳定性差,影响货物安全运送等问题,设计了一种全地形水平运载系统。采用了六足步行机器人模块与水平调节模块相结合的技术,六足步行机器人模块通过软件控制18位舵机来驱动运动关节,以实现灵活的运动,另外,水平调节模块通过倾角传感器采集地面与水平面的倾斜角度,其角度数据通过51单片机处理来控制液压系统中步进电机的输出量,以实现导杆在油压作用下的升降,完成载物台的水平调节。试验表明:该系统能够在倾斜度为1°~30°范围内自动调节,使其实现水平运载功能。     

多轴仓储机器人转向控制研究

我国物流领域在核心仓储问题上对机器人应用的缺失已经成为制约该领域发展的重要原因之一。多轴仓储机器人采用电控电动式转向系统,基于阿克曼原理进行转向原理,建立简化的二自由度四轮模型,分析机器人运动微分方程。文章以质心零侧偏角为控制目标,对运动微分方程进行仿真,验证了运动模型和控制算法的正确性。     

跳舞机器人的实现

机器人比赛在中国科技大学已经成为一项重大的校园科技活动。本文所实现的四足机器人通过一种基于“对角线一致”策略成功地实现了四足机器人的行走,机器人的九个自由度全部由步进电机实现,利用AT89C51单片机控制整个系统。在软件上利用加速控制思想,从而使机器人的动作更加平滑,结合背景音乐,精确控制机器人的动作,使机器人随着音乐跳舞。该机器人在2002年中国科技大学的机器人比赛中获得了亚军。四足行走式机器人的外形酷似水母,整个身体由四条腿支撑。四条腿在解决平衡性问题上较容易,只需四点共面即可保持整个机器人的平衡。但四腿机…     

基于STM32的全地形六足机器人系统设计

在全球气候复杂严峻,国际局势不稳的背景下,研究开发救援机器人具有重要意义。救援机器人可用于协助或代替救援人员执行任务,提高救援效率并避免不必要的人员伤亡。全地形机器人特别适用于自然灾害及恐怖袭击后在复杂多变的环境中搜索和营救幸存者以及在军事侦察领域。文章选择基于仿生六足机器人为主要架构,构建基于STM32环境开发的全地形六足机器人。     

类生命机器人及其关键技术研究发展与挑战

类生命机器人是生命系统和机电系统深度融合而形成的新一代机器人,有望集成生命系统和机电系统的双重优势,已成为机器人领域的研究热点和方向,并取得了多方面突破。尤其在驱动方面,报道了多项以生命材料为驱动核心的类生命机器人研究,实现了机器人爬行、游动、操控等有效驱动运动。然而,类生命机器人的进步离不开与其相关的学科领域的共同发展,本文围绕类生命机器人研究方向,重点针对相关的制造、建模、检测、控制四个主要方面进行了系统性综述,并对各方面所存在的问题进行了深入的分析。此外,本文还讨论了类生命机器人研究所面临的潜在挑战与可能的解决方案,旨在进一步推动类生命机器人的实用化发展进程。     

基于红外的障碍场中集群微机器人的控制方法

对多障碍物环境下微机器人集群运动的控制问题进行了研究.结合微机器人尺寸小的特点,采用低功耗的红外传感器感知外界环境.设定机器人的安全区域,根据机器人运动过程中避障和路径规划所要满足的边界条件,提出了基于人工蜂群问题优化的路径规划控制模型,实现了微机器人的避障和路径规划.仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

基于LADRC的四轮全向Mecanum轮机器人运动控制研究

近年来,移动机器人在巡检作业、智能电器、无人驾驶等领域的作用日益显现。全向移动机器人由于结构的特殊性和运动控制的复杂性,采用经典控制方法如比例积分微分控制、线性二次型调节控制等很难实现稳定的控制。针对全向移动机器人易受到外界扰动及其建模不精确的问题,进行四轮全向Mecanum轮机器人的运动控制系统设计。使用扩张状态观测器进行机器人总扰动的实时估计,完成LADRC控制器的设计。实验结果表明,相较于传统控制方法,基于LADRC的控制器能够更好地抑制外部干扰,减小运动误差,并提高机器人的运动精度和鲁棒性。